Nghiên cứu phương pháp cải thiện chất lượng ảnh nhị phân bằng phép toán hình thái (LV01401)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ĐINH THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH NHỊ PHÂN BẰNG PHÉP TOÁN HÌNH THÁI LUẬN VĂN THẠC SỸ MÁY TÍNH HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ĐINH THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH NHỊ PHÂN BẰNG PHÉP TOÁN HÌNH THÁI Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Ngô Quốc Tạo HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Bằng kính trọng lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Ngô Quốc Tạo, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin, phòng Sau đại học trường Đại học Sự phạm Hà Nội 2, thầy cô trực tiếp giảng dạy học phần khóa học tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu trường. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ em thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn. Trong trình nghiên cứu, luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận góp ý quý thầy cô bạn bè đồng nghiệp quan tâm đến luận văn này. Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Học viên Đinh Thị Hường LỜI CAM ĐOAN Trong trình hoàn thành luận văn, tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, dự đạo, giúp đỡ giáo viên hướng dẫn, kết đề tài sản phẩm lao động cá nhân tôi. Các nguồn tài liệu sử dụng trích dẫn rõ ràng, khoa học. Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức không chép từ công trình nghiên cứu nào. Tôi xin cam đoan điều hoàn toàn đúng. Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Học viên Đinh Thị Hường MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC . DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU . CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH 1.1. Giới thiệu chung xử lý ảnh 1.2. Giới thiệu ảnh nhị phân . 11 1.2.1. Một số khái niệm 11 1.2.2. Cải thiện chất lượng ảnh kỹ thuật phát biên tìm xương 15 1.2.3. Các phép toán Logic liên quan đến ảnh nhị phân .22 1.2.4. Cải thiện chất lượng ảnh phép toán hình thái .25 1.2.5. Kết luận vấn đề nghiên cứu .26 CHƯƠNG 2. CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH NHỊ PHÂN . 27 BẰNG PHÉP TOÁN HÌNH THÁI . 27 2.1. Các phép toán hình thái 28 2.1.1. Phép giãn nhị phân (Dilation [1], [2]) 31 2.1.2. Phép co nhị phân (Erosion [1], [2]) 37 2.1.3. Phép mở ảnh (Opening) phép đóng ảnh (Closing)[1], [2] .42 2.1.4. Phép biến đổi trúng trượt (Hit –or-Miss) 46 2.2. Một số tính chất phép toán hình thái 48 2.3. Một số thuật toán hình thái học 50 2.3.1. Trích lọc biên ảnh (Boundary Extraction ) .50 2.3.2. Làm mảnh (Thinning) 52 2.4. Sử dụng phép toán hình thái để cải thiện chất lượng biên ảnh 54 2.5. Loại bỏ đối tượng khu vực nhỏ ảnh nhị phân 55 2.6. Sử dụng phép toán hình thái nối chữ nét đứt . 56 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH . 58 3.1. Giới thiệu 58 3.2. Các chức chương trình 59 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Quá trình xử lý ảnh . 10 Hình 1.2. Các bước hệ thống xử lý ảnh . 10 Hình 1.3. Mô hình tổng quát hệ thống nhận dạng ảnh 15 Hình 1.4. Ví dụ ảnh xương 20 Hình 1.5. Một số phép toán logic hình ảnh nhị phân . 23 Hình 1.6. Một vài ví dụ phần tử cấu trúc . 24 Hình 1.7. Một số dạng biểu diễn đường thẳng vẽ kỹ thuật 26 Hình 2.1. Ảnh đối tượng ảnh 28 Hình 2.2. Quan hệ hai tập hợp 29 Hình 2.3. Phép biến đổi tập hợp . 31 Hình 2.4. Hiệu thao tác nhị phân đơn giản ảnh nhỏ . 32 Hình 2.5. Giãn A B. . 33 Hình 2.6. Giãn điểm ảnh 34 Hình 2.7. Phép giãn nhị phân . 35 Hình 2.8. Quá trình quét phần tử cấu trúc hình ảnh nhị phân . 36 Hình 2.9. Giãn ảnh sử dụng phần tử cấu trúc 37 Hình 2.10. Phép co nhị phân . 39 Hình 2.11. Phép co nhị phân hai đối tượng 39 Hình 2.12. Quá trình lọc đối tượng . 41 Hình 2.13. Ứng dụng phép co ảnh dạng số nhị phân 42 Hình 2.14. Quá trình thực phép mở ảnh 43 Hình 2.15. Phép mở ảnh phương diện ý nghĩa hình học. . 44 Hình 2.16. Quá trình thực phép đóng ảnh . 45 Hình 2.17. Minh họa phép đóng ảnh phương diện ý nghĩa hình học 45 Hình 2.18. Minh họa phép biến đổi trúng trượt 47 Hình 2.19. Quá trình tìm biên đối tượng ảnh nhị phân 51 Hình 2.20. Trích lọc biên đối tượng . 51 Hình 2.21. Kết làm mảnh đối tượng . 52 Hình 2.22. Quá trình làm mảnh đối tượng hình ảnh . 53 Hình 2.23. Kết phép toán giãn nở 54 Hình 2.24. Kết phép toán co ảnh . 54 Hình 2.25. Quá trình xác định rõ sơ đồ mạch điện . 55 Hình 3.1. Giao diện chương trình thử nghiệm 58 Hình 3.2. Phép co với phần tử cấu trúc hình vuông 59 Hình 3.3. Phép giãn với phần tử cấu trúc hình vuông . 60 Hình 3.4. Tìm biên theo phương pháp Gradient 61 Hình 3.5. Tìm biên theo phương pháp Laplace . 61 Hình 3.7. Làm mảnh đối tượng . 62 Hình 3.8. Nối chữ nét đứt . 63 MỞ ĐẦU 1. Lí chọn đề tài Cùng với ngôn ngữ, thông tin duới dạng hình ảnh đóng vai trò quan trọng công việc trao đổi thông tin. Chính năm gần có kết hợp chặt chẽ ảnh đồ hoạ lĩnh vực xử lý thông tin. Trong công nghệ thông tin, xử lý ảnh chứa vai trò quan trọng, ứng dụng đa dạng phong phú nhiều lĩnh vực khoa học. Xử lý ảnh phận quan trọng việc trao đổi thông tin người máy. Nó góp phần làm cho việc quan sát trở nên tốt hơn. Hình ảnh dạng liệu đóng vai trò quan trọng việc trao đổi, xử lý, lưu giữ thông tin .Trong số loại hình công việc, người ta cần đến hình ảnh để mô tả, minh chứng hay diễn đạt điều mà chữ viết hay ngôn ngữ nói không diễn tả hết được, phải tổ chức việc lưu dạng hình ảnh nào? Có cần xử lý trước lưu chúng không? Câu trả lời có. Do tiền xử lý ảnh việc cần làm. Tăng cường chất lượng ảnh, mà công đoạn bước tiền xử lý nhằm xác định ảnh, khắc phục khiếm khuyết bước thu nhận ảnh không tốt việc làm quan trọng. Có nhiều phương pháp cho việc cải thiện chất lượng ảnh nói chung tiền xử lý nói riêng. Trong luận văn mô tả vài phương pháp tiền xử lý hình ảnh (chú trọng đến ảnh nhị phân, ảnh vẽ kỹ thuật sách Scan thường ảnh màu: đen, trắng) nhằm cải thiện chất lượng ảnh nhị phân thao tác Hình thái học. Các thao tác Hình thái học nói chung, đặc biệt Hình thái học số sử dụng chủ yếu vào việc cải thiện ảnh cách làm rõ (tái hiện) nét đặc trưng hình dạng, mà tính toán hay nhận biết chúng cách dễ dàng. Việc sử dụng thao tác hình thái ứng dụng chúng, đặc biệt ứng dụng cải thiện chất lượng ảnh cho bước tiền xử lý, trước thực bước cho công việc xử lý ảnh. Chính lí mà lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp cải thiện chất luợng ảnh nhị phân phép toán hình thái” 2. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu nghiên cứu số kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng ảnh nhị phân vào xử lý đối tượng hình ảnh xây dựng chương trình ứng dụng thực tế. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 1. Tìm hiểu phương pháp cải thiện chất lượng ảnh nhị phân 2. Tìm hiểu cải thiện chất lượng ảnh phép toán hình thái 3. Ứng dụng phép toán hình thái cải thiện chất lượng ảnh 4. Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các vấn đề cải thiện chất lượng ảnh nhị phân phép toán hình thái. 5. Phương pháp nghiên cứu Trong trình triển khai đề tài, sử dụng chủ yếu phương pháp: thu thập tài liệu liên quan đến đề tài, tìm hiểu tài liệu, báo tác giả theo định hướng giáo viên hướng dẫn. 6. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần mở đầu 03 chương nội dung: Chương 1: Tổng quan phương pháp cải thiện chất lượng ảnh Chương 2: Cải thiện chất lượng ảnh nhị phân phép toán hình thái Chương 3: Cài đặt thử nghiệm chương trình Sau Kết luận Tài liệu tham khảo. [...]... CHƯƠNG 2 CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH NHỊ PHÂN BẰNG PHÉP TOÁN HÌNH THÁI Cải thiện chất lượng ảnh là một bài toán kinh điển trong tiền xử lý ảnh Giải quyết bài toán cải thiện chất lượng ảnh là nhiệm vụ tiên quyết và cũng không thể tránh khỏi của bất kỳ một hệ thống tiền xử lý ảnh nào Vì lẽ đó, cùng với sự phát triển của xử lý ảnh nói chung và tiền xử lý ảnh nói riêng, bài toán cải thiện chất lượng ảnh cũng... yếu thông qua hình dạng Chương này đã trình bày hệ thống về các phương pháp cải thiện chất lượng hình ảnh theo xương và biên và giới thiệu sơ lược về các phép toán hình thái học Các phép toán hình thái học là các phép toán kinh điển trong toán học đã có nhiều ứng dụng trong toán học Nội dung của chương tiếp theo sẽ đề cập phép toán hình thái trong xử lý ảnh và ứng dụng trong biểu diễn hình dạng của... 256 mức mỗi pixcel sẽ được mã hóa bởi 8 bit 1.2.1.4 Ảnh nhị phân Tùy theo vùng các giá trị mức xám của điểm ảnh, mà các ảnh được phân chia thành ảnh màu ảnh xám, hay ảnh nhị phân Ảnh chỉ cho hai mức xám là 0 và 1 thì ta nói đó là một ảnh nhị phân hoặc ảnh đen trắng và các điểm ảnh của nó gọi là điểm ảnh nhị phân 1.2.1.5 Ảnh màu và ảnh xám * Ảnh màu Ảnh màu là tổ hợp từ ba màu cơ bản : đỏ (Red), lục... phần tử đó được để trống Khi một phép toán hình thái được thực hiện thì các gốc của phần tử cấu trúc thường dịch chuyển lần lượt trên các điểm ảnh Và khi đó giá trị của các điểm ảnh vừa được quét qua sẽ được so sánh với nhau, các kết quả thu được sau khi so sánh phụ thuộc vào phép toán hình thái đang được sử dụng 1.2.4 Cải thiện chất lượng ảnh bằng phép toán hình thái Hình ảnh trong thực tế khi nhận được... (Erosion) và phép toán giãn nhị phân (Dilation) Phép toán cơ sở được kết hợp với một đối tượng là tiêu chuẩn của các phép tập hợp như phép hợp (Union), phép giao (InterSection), và phép bù (Complement) cộng với phép tịnh tiến nào đó Vì vậy trong phần tiếp theo sẽ trình bày các khái niệm về tập hợp thường được sử dụng trong phép toán hình thái 28 2.1 Các phép toán hình thái cơ bản Ta định nghĩa ảnh nhị phân. .. 1 Phép toán NOT – AND chỉ trả về giá trị là 0 khi cả hai điểm ảnh đầu vào là 1 A NOT(A) NOT (A) AND (B) B A AND (A) OR (B) B A OR (A) XOR (B) B A XOR (A) N-AND (B) A B NOTAND Hình 1.5 Một số phép toán logic giữa các hình ảnh nhị phân 24 Phần có màu xẫm có các giá trị là 1, và phần có màu trắng có các giá trị là 0 Phép toán hình thái cung cấp hai phép toán cơ bản là phép giãn nhị phân (Dilation) và phép. .. PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH 1.1 Giới thiệu chung về xử lý ảnh Xử lý ảnh là đối tượng nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy, là quá trình biến đổi từ một ảnh mới với các đặc tính và tuân theo ý muốn của người sử dụng Xử lý ảnh có thể gồm các quá trình phân tích, phân lớp các đối tượng, làm tăng chất lượng, phân đoạn và tách cạnh, gán nhãn cho vùng hay quá trình biên dịch các thông tin hình ảnh. .. tránh khỏi Để giải quyết bài toán này như: nối liền những nét đứt, nối liền chữ, làm trơn biên ảnh Các phép toán hình thái nhị phân đã ra đời, thông qua đó các phép đóng ảnh, mở ảnh cũng được định nghĩa để giải quyết bài toán nêu trên 1.2.5 Kết luận về vấn đề nghiên cứu Cải thiện chất lượng ảnh là một vấn đề không thể thiếu trong quá trình nhận dạng đối tượng Trong thực tế, hình dạng thường được chú... điểm ảnh của đối tượng đến điểm biên gần nhất Như vậy cần phải tính toán khoảng cách tới tất cả các điểm biên của ảnh  Bước thứ hai: khoảng cách ảnh đã được tính toán và các điểm ảnh có giá trị lớn nhất được xem là nằm trên xương của đối tượng 1.2.3 Các phép toán Logic liên quan đến ảnh nhị phân Phép toán cơ bản nhất được sử dụng trong xử lý ảnh là: phép AND, phép OR, và phép toán NOT Các tính chất. .. rất nhiều hướng tiếp cận cho bài toán cải thiện chất lượng ảnh từ trước tới nay Các thuật toán cải thiện chất lượng ảnh thường được xây dựng cho các hệ thống phân tích ảnh văn bản khác nhau nên chỉ giải quyết cho những loại văn bản cụ thể Tính khoa học của Hình thái học số mới chỉ thực sự phát huy khả năng của nó kể từ khi máy tính điện tử số ra đời và làm cho hình thái học trở lên thông dụng, có nhiều . lượng ảnh nhị phân 2. Tìm hiểu về cải thiện chất lượng ảnh bằng phép toán hình thái 3. Ứng dụng của phép toán hình thái trong cải thiện chất lượng ảnh 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các. Kết luận về vấn đề nghiên cứu 26 CHƯƠNG 2. CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ẢNH NHỊ PHÂN 27 BẰNG PHÉP TOÁN HÌNH THÁI 27 2.1. Các phép toán hình thái cơ bản 28 2.1.1. Phép giãn nhị phân (Dilation [1],. 1.2.2. Cải thiện chất lượng ảnh bằng kỹ thuật phát hiện biên và tìm xương 15 1.2.3. Các phép toán Logic liên quan đến ảnh nhị phân 22 1.2.4. Cải thiện chất lượng ảnh bằng phép toán hình thái